以太网快速迁移

由于产品和网络的陈旧，设施管理人员在工业控制基础设施中面临生命周期终止(EoL)障碍。面对产品停产、运营或监管方面的挑战，每天都有各种各样的解决方案来纠正点问题，或者投资资本预算来大修基础设施。

以太网可以在现有网络上运行，以启用:

• 在现场总线基础设施中用新的以太网产品替换过时的产品
• 将遗留的现场总线网段迁移到以太网
• 整个现场总线网络向以太网的转换。

这可以在不增加新的结构化布线或影响活动现场总线操作的情况下实现。这可以通过重新利用现有的现场总线布线、替换基于RS-485的设备、从传统串行设备迁移到它们的以太网对等设备、以及在传统基础设施中实现Internet协议(IP)来实现，从而避免了拆换策略。

根据IHS最近的一份研究报告，“工业以太网和现场总线技术-世界- 2013”，虽然在2011年至2016年期间安装的网络节点总数将增加30%以上，但现场总线和以太网产品之间的组合多年来保持相对不变，仅增长了3个百分点，从23%增长到26%。工业以太网市场增长缓慢的一个主要原因可能是设施管理人员缺乏将现场总线基础设施过渡到基于互联网协议的成本效益和无风险战略，只有在有新机会时才采用后者。在工厂车间，结构化电缆的成本约为每米50美元，而在汽车制造设施等环境中，成本更高，因此将以太网置于现有网络基础设施之上成为加速以太网在工业网络中采用的关键。

容易采用工业互联网连接有三个主要障碍，每一个都代表了网络管理的一个独特挑战。

1.首先，在处理过时问题时(图1)，必须考虑到遗留环境已经使用串行系统与各自的现场总线基础设施接口运行了几十年。其中一些系统正面临供应商的停产，唯一可能的补救办法是用灰色市场上的翻新设备或与现有网络不兼容的新一代IP产品来替代。解决方案可以将新的IP产品(图1A)集成到遗留基础设施上，并保留所有本地串行系统和现场总线功能。

2.下一个合乎逻辑的步骤是重复该策略，根据需要系统地将其他串行设备替换为IP产品。这使得从被动补救到过时，再到主动迁移计划(图2)的阶段转换成为可能，它允许网络随着时间的推移，根据预算和功能需求不断升级。可以在同一物理基础设施上同时管理和传输串行和IP通信。

设备管理人员的最终目标是迁移到现代开放标准网络基础设施中的IP产品。网络迁移的每一步都使重新规划的基础设施(图3)更接近这一现实，现场总线网络支持向IP功能的过渡，并提供最新一代IP产品的所有好处。这可以实现，而无需升级到100% IP环境所需的昂贵的铜基础设施的拆卸和替换。

安装可以首先通过在现有网络上使用以太网来解决过时的问题，然后将网络布线基础设施重新定位为仅使用IP，从而消除迁移混合串行的第二步，如图4所示。

把以太网放到其他网络上

技术可以使IP数据和串行数据在相同的布线基础设施(如双绞线或非双绞线)上同时传输，即使在介质中存在明显的传导和辐射噪声。图1显示了如何在典型的遗留工业网络中安装这些产品，以处理产品过时和网络迁移问题。在前端，旧的主控制器连接到单通道服务器的RS485端口。

此外，以太网主机或面板也可以连接到RJ-45端口。这使得串行(Modbus, Profibus, DeviceNet, ControlNet, Data Highway等)和以太网数据在输出端口建立的专有总线上同时传输。有了服务器，最多可以有四个客户端连接到每个通道服务器。每个客户端接受来自专用总线的信息作为输入，并将串行通信路由到其RS485端口，将以太网通信路由到其RJ-45端口。它们不会产生流量;它们只管理数据传输。传统plc可以连接到RS485端口，而ip plc可以通过RJ-45端口添加。通过这种方式，可以替换单个传统PLC产品，或者将连接到远程I/O点的整个网络段更改为以太网。图1中描述的体系结构可以应用于带有DeviceNet、ControlNet、Profibus、Modbus、Sercos或其他遗留产品的工业网络。

如何部署

项目可以更换单个过时的控制器或涉及整个网络段的分阶段转换。使用将以太网置于网络之上的产品(如RS-485)提供了一种简单、直接的方法来修改现有的网络基础设施。更换单个PLC只需要集成一个服务器产品(网段的主控制器所在位置)和一个客户端产品(被替换的PLC产品所在位置)。

通过这些步骤，产品替换基本上完成了。为了迁移整个网段，在前端集成服务器之后，将在每个位置集成客户端，其中遗留plc被其IP对等体取代。从项目的角度来看，部署通常需要在完成网络设计之前进行现场审核，以及基本的电气和PLC/SCADA编程技能，以便进行产品部署和测试。建议进行现场审计，以获取和了解有关遗留基础设施的基本信息，包括现有主控制器和plc的制造和型号、布线类型、终止条件、带宽或数据速率要求、导线长度和布线拓扑。

虽然图1所示的基本网络设计不受审计期间获得的信息的影响，但它对于产品部署的现场网络测试和验证至关重要。

投资回报

该技术能够将传统网络快速转换为IP，并有数千个部署在运行中，平均无故障时间(MTBF)超过100万小时。与RS485产品相比，以太网的价值主张是显著的，可以减少项目的时间、成本和复杂性，对持续运营和收入的影响可以忽略不计。例如，在零售石油市场，前院的IP升级通常涉及建设、许可、项目成本10万美元或更多，导致加油站关闭数周。

将以太网置于现有的RS485布线+上，无需施工要求，只需不到两小时即可完成，成本不到10,000美元。在工业网络中，它消除了数万美元的布线成本。在汽车环境中，节省的总成本可能要大一个数量级。除了成本、风险和停机时间优势之外，还有其他无形的好处。设施管理人员可以开发一种结构化的方法，将其工业网络的部分与企业IT基础设施集成在一起。同时，他们可以开始使用网关在两个网络之间集成数据。最后，通过在工厂现有的工业网络上安装以太网，员工再培训需求大大减少，并且更易于管理。

工业集成

通过这种方式解决产品过时问题，可以在显著降低成本和技术风险的情况下将网络迁移到IP。这种价值主张已经通过RS485产品集成的以太网在各种市场中得到了证明，并且在工业环境中的采用正在增加。为了方便自动化和控制装置的访问和集成，渠道合作伙伴可以提供工业领域的专业知识和分销商关系。随着设施和安装管理人员在现有网络基础设施上迅速将网络迁移到IP，市场将越来越倾向于在棕地应用中使用以太网而不是现场总线产品。

——Dave Karpenske是PCN科技公司的首席运营官。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师,mhoske@cfemedia.com。

在线

www.pcntechnology.com

通过RS-485网络的以太网可以添加到许多现场总线操作中，包括DeviceNet, ControlNet, Seriplex等。

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